JP2014021112A - 微細流動構造物、これを備えた微細流動装置及び該微細流動装置の制御方法 - Google Patents

微細流動構造物、これを備えた微細流動装置及び該微細流動装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】互いに異なった位置に配列された複数のチャンバーが並列に連結され、且つ別途の駆動源無しで流体が效率的に定量分配される微細流動構造物及びこれを備えた微細流動装置を提供する。
【解決手段】回転中心Cを有し、且つ微細流動構造物を備えているプラットホーム100を具備する微細流動装置10であって、微細流動構造物が、回転中心との距離が互いに異なった位置に、プラットホームの円周方向に沿って配列された複数の第1チャンバー120と、複数の第1チャンバーのうち該当する一つにそれぞれ連結された複数のサイフォンチャンネル125と、を具備する。
【選択図】図3

Description

実施例による装置及び方法は、サンプルを複数のチャンバーに效率的に分配し、且つ流体の分配速度及び供給速度の調節ができる微細流動構造物及びこれを備えた微細流動装置に関する。
微細流動装置とは、少量の流体を操作して生物学的又は化学的な反応を行うのに使われる装置のことをいう。
一般に、微細流動装置において一つの独立した機能を果たす微細流動構造物は、流体を収容するチャンバー、流体が流れるようにするチャンネル、及び流体の流れを調節する手段(例えば、バルブ)を備えており、これらの種々の組み合わせを有することができる。小型のチップ(chip)上で兔疫血清反応又は生化学的反応などを含む検査を行うように上記の微細流動構造物をチップ形態の基板に配置し、複数段階の処理及び操作が行われるように作製した装置を、ラボオンチップ(lab-on-a chip)という。
微細流動構造物内で流体を移送するためには駆動圧力が必要であるが、駆動圧力として毛細管圧が用いられたり、別途のポンプによる圧力が用いられたりする。最近では、ディスク状のプラットホームに微細流動構造物を配置し、遠心力を用いて流体を移動させて一連の作業を行うディスク型微細流動装置が提案されている。これをラボCD(Lab CD)又はラボ・オン・ア・ディスク(Lab-on a disk)と呼ぶこともできる。
微細流動構造物では、サンプルや反応液などの流体を定量に調節すること、及びチャンバー間を移動する流体の流れを調節することが重要である。そのためにチャンネルに別途のバルブを装着してもよいが、その場合には、バルブの開閉のために別途の駆動源が必要とされることがある。
このような問題点を補完するために、別途の駆動源を要しないサイフォン(siphon)チャンネルが提案されている。しかしながら、現在提案されているサイフォンチャンネルは、サンプル供給チャンバーと分配チャンネルとの間に配置されて、サンプルの分配にのみ用いられるだけで、分配されたサンプルの移送については提案されたところがない。
一実施例は、複数のチャンバーを相互に異なった位置に配列して並列に連結し、各チャンバーとその次の動作のためのチャンバーとをサイフォンチャンネルで連結することによって、別途の駆動源無しで流体を複数のチャンバーに效率的に定量分配することができる微細流動構造物及びこれを備えた微細流動装置を提供する。
一実施例の一態様に係る、回転中心を有し、且つ微細流動構造物を備えているプラットホームを具備する微細流動装置は、前記微細流動構造物が、前記回転中心との距離が互いに異なった位置に、前記プラットホームの円周方向に沿って配列された複数の第1チャンバーと、前記複数の第1チャンバーのうち該当する一つにそれぞれ連結された複数のサイフォンチャンネルと、を具備することを特徴とする。
前記微細流動構造物は、サンプルを収容するように構成され、且つ排出口を有するサンプル供給チャンバーと、前記サンプル供給チャンバーの排出口、及び前記複数の第1チャンバーに連結されて、前記サンプル供給チャンバー中のサンプルを前記複数の第1チャンバーに分配するように構成された分配チャンネルと、をさらに備えるものであってもよい。
前記複数の第1チャンバーのそれぞれは、自身よりも前にサンプルが流入した前記複数の第1チャンバーのうち隣接した第1チャンバーに比べて、前記回転中心からより離れて配置されるものであってもよい。
前記複数の第1チャンバーは、前記流体の分配チャンネルに沿ってより大きい順序番号を有するいずれかの第1チャンバーが、より小さい順序番号を有する他の第1チャンバーに比べて前記回転中心からより離れるようにして配列されるものであってもよい。
前記複数の第1チャンバーは、他の第1チャンバーに比べて、前記サンプル供給チャンバーの排出口からより離れて位置するいずれかの第1チャンバーが、前記他のチャンバーに比べて前記プラットフォームの回転中心からより離れるようにして配列されるものであってもよい。
前記複数の第1チャンバーは、前記プラットホームの回転中心を中心にしてらせん状に配列されるものであってもよい。
前記サイフォンチャンネルのそれぞれは、該サイフォンチャンネルに連結された該当の第1チャンバーに充満される流体のレベルよりも高い位置に最高地点を有するものであってもよい。
前記複数のサイフォンチャンネルの幅は0.01mm乃至3mmで、前記複数のサイフォンチャンネルの深さは0.01mm乃至3mmであればよい。
前記微細流動構造物は、前記複数の第2チャンバーのうち少なくとも一つに連結される少なくとも一つの反応チャンバーをさらに具備するものであってもよい。
前記複数の第1チャンバー、前記複数の第2チャンバー及び前記反応チャンバーは、前記サンプル供給チャンバーに比べてプラットホームの中心からより離れて配列されるものであってもよい。
前記複数の第2チャンバーのうち少なくとも一つには、前記サンプル中の分析対象物質と特異的に結合する第1標識接合体が収容されていてもよく、前記第1標識接合体は、前記分析対象物質と特異的に結合する捕獲物質及び標識物質の結合体であってよい。
前記反応チャンバーは、前記分析対象物質と特異的に結合する捕獲物質が固定された検出領域を有するものであってもよい。
前記検出領域は、多孔性メンブレイン、マイクロポア及びマイクロピラーからなるグループから選ばれるいずれか1種で形成され、毛細管力により流体を移動させるものであってもよい。
前記微細流動構造物は、前記反応チャンバーに隣接した位置に配置されたチャンバーに設けられた磁性体をさらに具備するものであってもよい。
他の実施例の一態様に係るプラットホームに形成された微細流動構造物は、サンプルを収容するように構成され、且つ排出口を備えているサンプル供給チャンバーと、前記サンプル供給チャンバーの排出口に連結された分配チャンネルと、前記分配チャンネルに連結されて、該分配チャンネルから供給される前記サンプルを取り込み、且つ前記プラットホームの回転中心から異なった半径にそれぞれ配列された複数の第1チャンバーと、前記複数の第1チャンバーのうち該当する第1チャンバーにそれぞれ連結された複数のサイフォンチャンネルと、を具備することを特徴とする。
前記複数の第1チャンバーは、サンプルを前記複数の第1チャンバーに供給する順序に該当する、前記回転中心からの半径の増加順で配列されるものであってもよい。
前記複数の第1チャンバーは、前記分配チャンネルを通したサンプルの流れの順序に該当する、前記回転中心からの半径の増加順で配列されるものであってもよい。
前記複数の第1チャンバーは、前記サンプルの供給順序に該当する、前記回転中心からの半径の増加順で配列されるものであってもよい。
前記複数の第1チャンバーは、前記分配チャンネルに沿う、前記サンプル供給チャンバーの排出口からの前記第1チャンバーの距離の増加順序に該当する、前記回転中心からの半径の増加順で配列されるものであってもよい。
前記サイフォンチャンネルのそれぞれは、該サイフォンチャンネルに連結された該当の第1チャンバーに充満される流体のレベルよりも高い位置に最高地点を有するものであってもよい。
前記複数のサイフォンチャンネルの幅は0.01mm乃至3mmで、前記複数のサイフォンチャンネルの深さは0.01mm乃至3mmであればよい。
前記微細流動構造物は、前記複数の第2チャンバーのうち少なくとも一つに連結される少なくとも一つの反応チャンバーをさらに具備するものであってもよい。
前記複数の第1チャンバー、前記複数の第2チャンバー及び前記反応チャンバーは、前記サンプル供給チャンバーに比べてプラットホームの中心からより離れて配列されるものであってもよい。
前記複数の第2チャンバーのうち少なくとも一つには第1標識接合体が収容されていてもよく、該第1標識接合体は前記サンプル中の分析対象物質と特異的に結合するものであればよい。
前記反応チャンバーは、前記分析対象物質と特異的に結合する捕獲物質が固定された検出領域を有するものであってもよい。
前記検出領域は、多孔性メンブレイン、マイクロポア及びマイクロピラーからなるグループから選ばれるいずれか1種で形成され、毛細管力により流体を移動させるものであってもよい。
前記微細流動構造物は、前記反応チャンバーに隣接した位置に配置されたチャンバーに設けられた磁性体をさらに具備するものであってもよい。
前記微細流動構造物は、前記少なくとも一つの第2チャンバーと前記少なくとも一つの反応チャンバーとの間に設けられ、前記少なくとも一つの第2チャンバーから移送される流体の量をメータリングするように構成されたメータリングチャンバーと、前記メータリングチャンバーと前記少なくとも一つの反応チャンバーとを連結する流体移送補助部と、をさらに具備するものであってもよい。
前記流体移送補助部は、前記メータリングチャンバーに収容された流体を前記反応チャンバー内に移送するように構成された流体通過部をさらに具備するものであってもよい。
前記流体移送補助部は、前記メータリングチャンバーに収容された流体の移動を前記流体通過部に導くように構成された流体ガイド部をさらに具備するものであってもよい。
前記微細流動構造物は、一端が前記メータリングチャンバーに連結される第2サイフォンチャンネルと、該第2サイフォンチャンネルの他端に連結されるウエストチャンバーと、をさらに具備するものであってもよい。
前記第2サイフォンチャンネルは、前記メータリングチャンバーに収容された流体が前記反応チャンバーに移送された後に、該第2サイフォンチャンネルに流入する流体サンプルを前記ウエストチャンバーに移送させるものであればよい。
前記微細流動構造物は、チャンバーに収容された磁性体をさらに具備するものであってもよい。
他の態様に係る検査装置は、微細流動装置と、前記微細流動装置のプラットホームを回転させるように構成された回転駆動部と、前記プラットホームの放射方向に移動可能に構成された磁石モジュールと、前記回転駆動部及び前記磁石モジュールを制御するように構成された制御部と、を具備することを特徴とする。
前記制御部は、前記メータリングチャンバーから前記反応チャンバーへの流体移送時に、前記プラットホームを回転させ、前記プラットホームの回転中の所定時点に前記磁石モジュールを前記プラットホームの上方又は下方に移動させて前記磁性体と対面させるように構成されたものであってもよい。
他の実施例の一態様に係る微細流動装置の制御方法は、流体を収容する第2チャンバー、流体の量をメータリングする第3チャンバー、前記第3チャンバーでメータリングされた流体が流入すると、該流入した流体を用いてクロマトグラフィー反応を起こす第4チャンバー、及び前記第2チャンバー、第3チャンバー及び第4チャンバーをそれぞれ連結するチャンネルが形成されたプラットホームを具備する微細流動装置の制御方法であって、前記プラットホームを回転させて、前記第2チャンバーに収容された流体を前記第3チャンバーに移送し、前記プラットホームの回転速度の増加及びその回転の停止を含む区間を反復して、前記流体を前記第4チャンバーに流入させることを特徴とする。
前記方法は、さらに、前記流体が前記第3チャンバーに移送された後、前記プラットホームを停止させて、前記流体と前記第3チャンバーに収容された標識接合体との1次反応が起きるようにしてもよい。
前記方法は、さらに、前記流体が前記第4チャンバー内に流入すると、プラットホームを停止させてもよい。
前記方法は、さらに、前記プラットホームが停止すると、前記第4チャンバーに設けられている検出領域に前記流体を吸収させ、前記第3チャンバーに残っている流体を前記第4チャンバーへと移送させてもよい。
前記方法は、さらに、前記第4チャンバーでクロマトグラフィー反応が起きるようにし、以降、前記プラットホームを回転させて、前記第4チャンバーに残っている流体を除去してもよい。
上記のように、一実施例に係る微細流動構造物及びこれを備えた微細流動装置によれば、プラットフォーム100上の異なった位置に各チャンバーを配置し、これらのチャンバーをサイフォンチャンネルにより並列に連結することによって、別途の駆動源無しで流体の分配速度及び供給速度を調節したため、複数のチャンバーに流体を效率的に定量分配することが可能になる。
また、第1チャンバー(収容チャンバー)、第2チャンバー(1次反応チャンバー)、第3チャンバー(メータリングチャンバー)、及び第4チャンバー(2次反応チャンバー)が連結されていて多段階の反応ができるため、反応の敏感度を向上させることが可能になる。
また、メータリングチャンバーとウエストチャンバーとの間に2次サイフォンチャンネルが設けられているため、反応完了後に流入する流体サンプルが反応チャンバーに流れ込まないでウエストチャンバーに流れ込むようにし、反応結果の汚染を防止することが可能になる。
一実施例に係る微細流動装置の構造を簡略に示す斜視図である。 サイフォンチャンネルの基本原理を示すグラフである。 一実施例によって、サイフォンチャンネルが適用された微細流動構造物とこれを備えた微細流動装置の基本的な構造を概略的に示す平面図である。 複数のユニットで構成される微細流動構造物及びこれを備えた微細流動装置を概略的に示す平面図である。 複数のユニットで構成される微細流動構造物及びこれを備えた微細流動装置を概略的に示す平面図である。 一実施例に係る微細流動装置において流体の流れを概略的に示す平面図である。 一実施例に係る微細流動装置において流体の流れを概略的に示す平面図である。 一実施例に係る微細流動装置において流体の流れを概略的に示す平面図である。 一実施例に係る微細流動装置において流体の流れを概略的に示す平面図である。 一実施例に係る微細流動装置において、第1チャンバーへの流体分配順序を示す平面図である。 一実施例に係る微細流動装置の具体的な構造を示す平面図である。 反応チャンバーに設けられる検出領域の構造を示す図である。 クロマトグラフィーにより分析対象物質が検出される原理を示す図である。 クロマトグラフィーにより分析対象物質が検出される原理を示す図である。 クロマトグラフィーにより分析対象物質が検出される原理を示す図である。 コンジュゲートパッドを備えている検出領域の構造を示す図である。 コンジュゲートパッドを備えている検出領域における検出原理を示す図である。 コンジュゲートパッドを備えている検出領域における検出原理を示す図である。 コンジュゲートパッドを備えている検出領域における検出原理を示す図である。 一実施例に係る微細流動装置に備えられている磁性体収容チャンバーの機能を示す図である。 一実施例に係る微細流動装置において、流体の移送段階別プラットホームの回転速度を概略的に示すグラフである。 一実施例に係る微細流動装置において流体の流れを示す平面図である。 一実施例に係る微細流動装置において流体の流れを示す平面図である。 一実施例に係る微細流動装置において流体の流れを示す平面図である。 一実施例に係る微細流動装置において流体の流れを示す平面図である。 一実施例に係る微細流動装置において流体の流れを示す平面図である。 流体移送補助部をさらに備える微細流動装置の具体的な構造を示す平面図である。 図15の微細流動装置において流体の流れを示す平面図である。 図15の微細流動装置において流体の流れを示す平面図である。 図15の微細流動装置において流体の流れを示す平面図である。 図15の微細流動装置において流体の流れを示す平面図である。 図15の微細流動装置において流体の流れを示す平面図である。 図16の流体移送段階別プラットホームの回転速度を概略的に示すグラフである。 第2サイフォンチャンネルをさらに備える微細流動装置を示す平面図である。
以下、添付の図面を参照して一実施例について詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には同一の参照符号を付する。
図1は、一実施例に係る微細流動装置とこれを備えた検査システムの構造を示す概略斜視図である。
図1を参照すると、一実施例に係る微細流動装置10は、微細流動構造物が形成されるプラットホーム100と、プラットホーム100上に形成される微細流動構造物と、を備えている。
微細流動構造物は、流体を収容する複数のチャンバーと、複数のチャンバーを連結するチャンネルと、を有している。
ここでいう微細流動構造物は、特定形態の構造物を指すものではなく、複数のチャンバーとチャンバーとを連結するチャンネルを有し、且つ流体の流動を起こさせるために微細流動装置、特に微細流動装置のプラットホーム上に形成された構造物を包括的に指す。微細流動構造物は、チャンバーとチャンネルの配置、及びチャンバーに収容されたりチャンネルに沿って移動されたりする流体の種類によって異なった機能を果たすものでよい。
プラットホーム100は、成形がしやすく、その表面が生物学的に不活性である、PMMA(polymethylmethacrylate)、PDMS(polydimethylsiloxane)、PC(polycarbonate)、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール及びポリエチレンのようなプラスチック素材、ガラス、雲母、シリカ、及びシリコンウエハーなどの様々な材料で作製可能である。これらの物質は、プラットホーム100の材料として使用可能な物質の例示に過ぎず、これら例示に、ここに開示される実施例が限定されるものではない。したがって、化学的、生物学的安全性、光学的透明性、及び機械的加工性を有するいかなる素材もプラットホーム100の材料とすることができる。
プラットホーム100は複数層の板で構成されるとよい。板同士が接する面に、チャンバーやチャンネルなどの微細流動構造物に該当する陰刻構造物を作り、これら両板を貼り合わせることによって、プラットホーム100の内部に流体を収容できる空間と流体移動が可能な通路を提供すればよい。この両板の張り合わせは、接着剤又は両面接着テープを用いた接着、超音波融着、及びレーザー溶接などの様々な方法のいずれかで行ってもよい
図1の実施例では円板状のディスク型プラットホーム100を使用しているが、実施例で使用されるプラットホーム100は、それ自体として回転可能な完全な円板形状だけでなく、回転可能なフレーム(frame)に載せられて回転し得る扇形状であってもよく、駆動部310から提供される動力により回転可能ないかなる多角形のものであってもよい。
微細流動装置10は、駆動部310及び制御部320を備えている検査装置300に装着されて、図1に示すように、駆動部310により回転されればよく、制御部320は駆動部310の駆動を制御することができる。
具体的に、駆動部310は、モーターを備えてプラットホーム100に回転力を提供し、プラットホーム100に配置された各チャンバーに収容された流体が遠心力により他のチャンバーに移動可能にする。駆動部310を介したプラットホーム100の回転、後述する磁石の位置や検出部の検出動作などを含む検査装置300の全般的な動作は制御部320により制御されてよい。
一つのプラットホーム100には一つの検査ユニットが設けられてもよいが、検査の迅速性及び費用の効率性の面で、一つのプラットホーム100を複数の区域に分け、各区域ごとに相互独立して作動する微細流動構造物が設けられてもよい。複数の微細流動構造物を相互に異なった検査を行うものとし、同時に種々の検査を行ってもよく、同一の検査を行う複数の検査ユニットが設けられてもよい。以下に説明する実施例では、説明の便宜のために、一つのサンプル供給チャンバーからサンプルが供給されるチャンバー及び該チャンバーに連結されるチャンネルを一つのユニットとし、サンプル供給チャンバーが異なっていると、相互に異なったユニットであるとする。
一実施例に係る微細流動装置10は遠心力により流体を移動させるから、図1に示すように、流体の供給されるチャンバー130の方が、流体を供給するチャンバー120に比べて、プラットホーム100の中心Cからより外側に配置されている。
これら両チャンバーはチャンネル125により連結され、チャンネルを通した流体の流れを制御するために、開示された実施例の微細流動装置10は上記チャンネルをサイフォン(siphon)チャンネルとする。
図2は、サイフォンチャンネルの基本原理を示すグラフである。
ここでいうサイフォンは、圧力の差を用いて流体を移動させる管を指す。微細流動装置10では、断面積の非常に小さい管中に流体が登る毛細管力、及びプラットホーム100の回転により発生する遠心力を用いて、サイフォンチャンネルを通した流体の流れを制御する。
図2のグラフは、上方から見たプラットホーム100に対応する。流体が収容されているチャンバーに、断面積の非常に小さいサイフォンチャンネルの入口が連結され、サイフォンチャンネルの出口は、流体が移送されるべき他のチャンバーに連結される。図示のように、サイフォンチャンネルが折れる地点、すなわち、サイフォンチャンネルの最高地点rcrestは、チャンバーに収容された流体のレベルよりも高くなっていなければならない。また、サイフォンチャンネルの入口よりもプラットホーム100の外周側に位置している流体は移送されないから、サイフォンチャンネルの入口の位置は移送されるべき流体の量に依存する。サイフォンチャンネルの毛細管力によりサイフォンチャンネルが流体で満たされると、サイフォンチャンネルを満たしている流体が遠心力により次のチャンバーに移動する。
図3は、一実施例によって、サイフォンチャンネルが適用された微細流動構造物とこれを備えた微細流動装置の基本的な構造を概略的に示す平面図である。以下の実施例では、微細流動構造物を見せるために、微細流動装置の上板と下板とが結合されていないものを挙げて説明する。
図3を参照すると、プラットホーム100の回転中心Cの最寄りにサンプル供給チャンバー110が形成されており、プラットホーム100の回転中心Cと中心が一致する円の円周上に複数のチャンバーが並列に配置されている。
以下に説明する実施例では、サンプル供給チャンバー110から流体サンプルが供給されるチャンバーを第1チャンバー120とし、第1チャンバーから流体サンプルが移送されるチャンバーを第2チャンバー130とする。また、複数の第1チャンバー120のそれぞれは、サンプル供給順序に従って第1−1チャンバー120−1乃至第1−nチャンバー120−nとし、複数の第2チャンバー130のそれぞれは、それと連結された第1チャンバーに応じて第2−1チャンバー130−1乃至第2−nチャンバー130−nとする。これは、続いて連結されるチャンバーに対しても同様に適用する。また、説明の便宜のために、単に第1チャンバー120という時は、複数の第1チャンバー120−1〜120−nのうち少なくとも一つを指すものとする。これは、第2チャンバー130乃至第5チャンバー170(図7参照)の構造物に対しても同様である。
第1チャンバー120である第1−1チャンバー120−1乃至第1−nチャンバー120−nは、分配チャンネル115を介してサンプル供給チャンバー110に連結され、第1−1チャンバー120−1乃至第1−nチャンバー120−nのそれぞれは、サイフォンチャンネル125を介して、第2チャンバー130である第2−1チャンバー130−1乃至第2−nチャンバー130−nに連結されている。
図3を参照すると、第1チャンバー120−1〜120−nは、プラットホーム100上の円周上に配置されているが、これら第1−1チャンバー120−1乃至第1−nチャンバー120−nのそれぞれは同一の円周上に配置されていない。すなわち、それぞれの第1チャンバー120−1〜120−nは、プラットホーム100の回転中心Cとの距離が相互に異なっている。
具体的に、サンプル供給チャンバー110から最初にサンプルが供給される第1−1チャンバー120−1が、プラットホーム100の中心から最短距離の円周、すなわち、半径が最も短い円周上に配置され、第1−2チャンバー120−2は、第1−1チャンバー120−1に比べてプラットホーム100の回転中心Cからより遠い距離の円周、すなわち、半径がより大きい円周上に配置されている。そして、第1−3チャンバー120−3、第1−4チャンバー120−4乃至第1−nチャンバー120−nの順にプラットホーム100の回転中心Cからより遠ざかって配置されている。
プラットホーム100が回転すると、サンプル供給チャンバー110に収容された流体サンプルが分配チャンネル115を通って流れ、第1−1チャンバー120−1にサンプルが充満されると、分配チャンネル115を流れるサンプルは遠心力によりプラットホーム100の中心からより遠くにある第1−2チャンバー120−2に流れ込む。同様の原理により第1−2チャンバー120−2乃至第1−nチャンバー120−nにサンプルが充満される。そして、第1チャンバー120−1〜120−nの全てを満たしてから残ったサンプルは、剰余流体を収容する過剰チャンバー180に流れ込む。
第1チャンバー120に満たされたサンプルは、サイフォンチャンネル125を通って第2チャンバー130に流れ込むが、図2で説明した通り、サイフォンチャンネル125を通して流体を移送するには、上方から見た時、サイフォンチャンネル125の最高地点がサンプル供給チャンバー110中のサンプルの最高レベルよりも高くなっていなければならない。図3に示すように、一実施例に係る微細流動構造物は、第1−1チャンバー120−1から第1−nチャンバー120−nへ行くに従ってプラットホーム100の中心から遠ざかりながら、サイフォンチャンネル125の最高地点と第1チャンバー120中のサンプルの最高レベルとの高さの差を一定に維持可能である。
サイフォンチャンネル125の毛細管力は、サイフォンチャンネル125の断面積を小さくしたり、又はサイフォンチャンネル125の内面に親水処理をしたりすることによって達成するとよい。開示の実施例では、サイフォンチャンネルの断面積に制限はないが、サイフォンチャンネル125の幅と深さをそれぞれ、0.01mm乃至3mm、0.05mm乃至1mm、又は0.01mm乃至0.5mmの範囲に調節することによって、優れた毛細管力を達成することもでき、サイフォンチャンネル125の内面へのプラズマ処理又は親水高分子処理により毛細管力を達成することもできる。
開示の実施例に係る微細流動装置10において、流体サンプルは、血液、リンパ液及び組織液などの体液や小便などのバイオサンプルであってもよく、水質管理や土壌管理などのための環境サンプルであってもよい。しかし、これらに制限されず、遠心力及び毛細管力により移動可能ないかなる種類の流体も使用可能である。
図3の実施例では微細流動構造物を一つのユニットとしたが、微細流動構造物は複数のユニットとしてもよい。
図4A及び図4Bは、複数のユニットを有する微細流動構造物を備えた微細流動装置を概略的に示す平面図である。
図4Aを参照すると、一実施例に係る微細流動装置10は、プラットホーム100が二つの区域に分けられ、各区域ごとに一つのユニットが形成されている。図示のように、一つのユニットは、一つのサンプル供給チャンバー110、複数の第1チャンバー120、及び複数の第2チャンバー130を有している。
図4Bを参照すると、一実施例に係る微細流動装置10は、プラットホーム100が四つの区域に分けられ、各区域ごとに一つのユニットが形成されている。
そのため、プラットホーム100が回転すると、各ユニットのサンプル供給チャンバー110に収容されたサンプルはそれぞれ独立して第1チャンバー120に分配され、続いて各サイフォンチャンネル125を通って各第2チャンバー130に流れ込む。
図4A及び図4Bに示すように、一つのプラットホーム100に2つ以上の検査ユニットが設けられると、複数種の検査を同時に行うことが可能になる。
例えば、体液サンプルを用いて、図4Aの第1検査ユニットでは兔疫血清検査を行い、第2検査ユニットでは生化学検査を行うことができる。又は、第1検査ユニット及び第2検査ユニットにおいて、相互に異なったサンプルを用いて、異なった種類の兔疫血清検査、又は異なった種類の生化学検査を行うこともできる。
より具体的には、図4Bに示すように、第1検査ユニットでは、心臓疾患標識因子(cardiac marker)である、例えばトロポニンI(TnI:Troponin I)を検出する第1免疫血清検査を行い、第2検査ユニットでは、妊娠の有無を表す、例えばβ−hCGを検出する第2兔疫血清検査を行い、第3検査ユニットでは、肝機能検査項目群(liver panel)に属する、例えばALT(Alanine Aminotransferase)とAST(Aspartate Aminotransferase)を検出する第1生化学検査を行い、第4検査ユニットでは、消化器系統の異常有無を表す、例えばアミラーゼ(amylase)とリパーゼ(lipase)を検出する第2生化学検査を行ってもよい。
図4A及び図4Bに示すように、一つのプラットホーム100に複数の検査ユニットを備えて複数種の検査を同時に行うと、少量のサンプルで迅速な検査結果が得られる。
ただし、図4A及び図4Bは例示に過ぎず、一つのプラットホーム100に形成されるユニットの個数や各ユニットで行われる検査の種類は制限されない。
図5A乃至図5Dは、一実施例に係る微細流動装置において流体の流れを概略的に示す平面図である。図5A乃至図5Dに示す微細流動装置の構造は、図3の微細流動装と同一である。
まず、図5Aに示すように、プラットホーム100が停止した状態でサンプル供給チャンバー110に流体サンプルを注入する。第1チャンバー120及び/又は第2チャンバー130の機能、又は行われるべき検査に応じて、いかなる種類の流体が注入されてもよい。
そして、図5Bに示すように、プラットホーム100を回転させて、サンプル供給チャンバー110に収容されたサンプルを、分配チャンネル115を通して第1チャンバー120の全てに分配する。図5Bには結果として第1−1チャンバー120−1乃至第1−nチャンバー120−nの全てにサンプルが満たされた微細流動構造物が示されているが、実際は第1−1チャンバー120−1から第1−nチャンバー120−nへとサンプルが順次に満たされる。
図6は、一実施例に係る微細流動装置において、第1チャンバーの流体分配順序を示す平面図である。
図6を参照すると、プラットホーム100が回転すると、サンプル供給チャンバー110に収容されたサンプルは出口から分配チャンネル115へ流れ、分配チャンネル115を流れつつ第1−1チャンバー120−1に流れ込む。この時、プラットホーム100の回転方向は時計回り方向であってもよく、反時計回り方向であってもよい。プラットホーム100の回転方向に制限はない。
第1−1チャンバー120−1がサンプルで充満されると、分配チャンネル115を流れる流体はそれ以上第1−1チャンバー120−1に流れ込まず、第1−2チャンバー120−2の入口まで流れて第1−2チャンバー120−2に入る。同様に、第1−2チャンバー120−2がサンプルで充満されると、分配チャンネル115を流れるサンプルはそれ以上第1−2チャンバー120−2に流れ込まず、その次のチャンバーである第1−3チャンバー120−3の入口まで流れて第1−3チャンバー120−3に入る。引き続き、同様の方式で第1−nチャンバー120−nまで充満され、第1−nチャンバー120−nまで満たしてから残ったサンプルは、過剰チャンバー180に収容される。
再び図5Bを参照すると、遠心力により第1チャンバー120にサンプルが満たされる時、第1チャンバー120に連結されたサイフォンチャンネル125にもサンプルがある程度満たされることがある。ただし、サイフォンチャンネル125の最高地点までは満たされず、サイフォンチャンネル125の最高地点と第1チャンバー120中のサンプルの最高レベルとの間のある地点までにしか満たされない。
第1チャンバー120−1〜120−nに満たされてから残ったサンプルは過剰チャンバー180に流れ込む。
第1チャンバー120−1〜120−nへのサンプルの分配が完了すると、プラットホーム100の回転を停止させる。プラットホーム100が停止すると、図5Cに示すように、第1チャンバー120−1〜120−n中のサンプルが毛細管力によりサイフォンチャンネル125−1〜125−nに流れて全体サイフォンチャンネル125−1〜125−nを満たす。
サイフォンチャンネル125−1〜125−nがサンプルで充満されると、プラットホーム100を再び回転させて、図5Dに示すように、サイフォンチャンネル125−1〜125−n中のサンプルが遠心力により第2チャンバー130−1〜130−nへ流れ込むようにする。
したがって、図5A乃至図5Dの動作により、サンプル供給チャンバー110に収容されたサンプルが第1チャンバー120及びサイフォンチャンネル125を通って第2チャンバー130に定量分配される。このとき、第2チャンバー130に分配されるサンプルの量は、第1チャンバー120の大きさ、及びサイフォンチャンネル125の入口に接する第1チャンバー120の出口の位置を変えることによって調節すればよい。
図5A乃至図5Dに示すように、サイフォンチャンネル125の入口に接する第1チャンバー120の出口が第1チャンバー120の最下部(回転中心から最も遠位側)に位置する場合には、第1チャンバー120中のサンプルが全て第2チャンバー130に流入するから、第1チャンバー120を、第2チャンバー130に分配しようとするサンプルの量に対応する大きさにする。
図5A乃至図5Dの実施例では、第1チャンバー120の大きさがいずれも同一になっているが、複数の第1チャンバー120は、相互に異なったサンプル量を収容できるようにそれぞれ異なった大きさにしてもよく、その大きさは、連結されているチャンバーから要求されるサンプル量に応じて可変すればよい。
以下、図7乃至図14を参照して、一実施例に係る微細流動装置の具体的な構造及び具体的な動作についてより詳しく説明する。
図7は、一実施例に係る微細流動装置の具体的な構造を示す平面図である。以下、図7を参照して一実施例に係る微細流動装置10の具体的な構造を説明する。
上述したように、プラットホーム100は、円形、扇形、多角形などの様々な形状のものであってよい。また、当該実施例では、説明の便宜のために、分配チャンネル115に並列に連結された第1チャンバー120の個数を3個、すなわち、120−1,120−2,120−3とし、3個の第2チャンバー130−1,130−2,130−3がそれぞれの第1チャンバー120に一つずつ連結されているとする。
各第1チャンバー120、第1チャンバー120に連結された対応の各第2チャンバー130、及び対応の第2チャンバー130に連結された微細流動構造物が一つの検査部を形成するから、当該実施例では3個の検査部が形成される。それぞれの検査部は、その構造、又は内部に収容された物質などを別々にすることで、相互に異なった検査を独立して行うようにしてもよい。
サンプル供給チャンバー110は回転中心Cから最も近い位置に設けられ、外部から供給されるサンプルを収容する。サンプル供給チャンバー110には流体状態のサンプルが収容され、例えば、流体状態のサンプルとして血液が供給されるとする。
サンプル供給チャンバー110の一側にはサンプル注入口111が設けられ、ピペット(pipet)などのツールを用いて血液をサンプル注入口111から注入するとよい。血液の注入時にサンプル注入口111の周辺に血液が落ちたり、プラットホーム100の回転時にサンプル注入口111から血液が逆流したりすることがある。このような血液により微細流動装置10が汚れることを防止するために、サンプル注入口111と隣接した位置に逆流収容チャンバー112を形成し、注入時に落ちたり逆流したりするサンプルを収容してもよい。
他の実施例では、サンプル供給チャンバー110に注入された血液の逆流を防止するために、所定大きさ以上の圧力が作用する場合に限ってサンプルを通過させる、毛細管バルブの役割を担う構造物をサンプル供給チャンバー110内に形成してもよい。
さらに他の実施例では、サンプル供給チャンバー110に注入された血液の逆流を防止するために、サンプル供給チャンバー110内にリブ形態の逆流防止装置を形成してもよい。このようなリブ形態の逆流防止装置は、サンプル供給チャンバー110の表面に形成された一つ以上の突起を備えてもよい。サンプル注入口111からサンプル排出口に流れるサンプルの方向と交差する方向に逆流防止装置を形成することによって、サンプルに流れ抵抗を与え、サンプルがサンプル注入口111に流れることを抑えることができる。
サンプル供給チャンバー110は、収容されたサンプルがサンプル排出口113から容易に排出されるように、サンプル注入口111からサンプル排出口113側に向かってその幅が増加していてもよい。すなわち、サンプル供給チャンバー110の少なくとも一つの側壁の曲率半径が、サンプル注入口111からサンプル排出口113側に行くに従って次第に増加していてもよい。
サンプル供給チャンバー110のサンプル排出口113は、プラットホーム100上の円周方向に形成された分配チャンネル115と連結され、分配チャンネル115は、反時計回り方向に第1−1チャンバー120−1、第1−2チャンバー120−2及び第1−3チャンバー120−3と順次に連結されている。そして、分配チャンネル115の末端には、サンプルの供給完了を表すQC(Quality Control)チャンバー128、及び供給されてから残ったサンプルを収容する過剰チャンバー180が連結されている。
第1チャンバー120(すなわち、120−1,120−2,120−3)は、サンプル供給チャンバー110から供給されるサンプルを収容すると同時に、遠心力によりサンプルを上澄み液と沈降物とに分離するものであってよい。当該実施例で使われるサンプルは血液であり、該血液は第1チャンバー120で血清、血しょうなどの上澄み液と、血球などの沈降物とに分離されうる。
第1チャンバー120−1,120−2,120−2にはサイフォンチャンネル125−1,125−2,125−3がそれぞれ連結されている。上述したように、サイフォンチャンネル125−1,125−2,125−3の最高地点(すなわち、カーブ)は第1チャンバー120−1,120−2,120−2中のサンプルレベルよりも高くなっていなければならず、この高さ差を確保するために、第1−1チャンバー120−1よりも第1−2チャンバー120−2の方が、回転中心Cからより遠い円周又は半径のより大きい円周上に位置し、第1−2チャンバー120−2よりも第1−3チャンバー120−3の方が、回転中心Cからより遠い円周又は半径のより大きい円周上に位置している。
この構造では、分配チャンネル115の流れ方向に沿ってサンプル排出口113から遠ざかるに従って第1チャンバー120の半径方向の長さは減少するが、必要によって、複数の第1チャンバー120の大きさを同一にしたい場合は、図7に示すように、第1チャンバー120の円周方向の幅を広くすればよい。
上述したように、サイフォンチャンネル125−1,125−2,125−3の入口と第1チャンバー120−1,120−2,120−3の出口とが会う位置は、移送すべき流体の量によって可変すればよい。したがって、当該実施例のようにサンプルが血液である場合は、上澄み液に対してのみ検査を行う場合が多いから、澄み液が位置する第1チャンバー120の上部(すなわち、中間部分の上方)に出口を設けるとよい。ただし、これは例示に過ぎず、サンプルが血液でない場合、又は血液とはいっても沈降物に対しても検査を行う場合には、第1チャンバー120の下部に出口を設けてもよい。
サイフォンチャンネル125−1,125−2,125−3の出口は第2チャンバー130−1、130−2、130−3とそれぞれ連結されている。第2チャンバー130はサンプル(例えば、血液)を収容のみしてもよく、第2チャンバー130内に試薬や反応物質などをあらかじめ貯蔵しておいてもよい。この試薬や反応物質は、例えば、血液に対して前処理又は1次反応を行ったり、本(main)検査を行う前に簡単な検査を行ったりするのに用いればよい。当該実施例では、第2チャンバー130で分析対象物質と第1標識接合体との結合反応が起きるとする。
具体的に、第2チャンバー130には第1標識接合体が液相又は固相に存在でき、第1標識接合体が固相に存在する場合には、第2チャンバー130の内壁にコーティングされていたり、第2チャンバー130内の多孔性パッドなどに臨時固定されていたりすればよい。
第1標識接合体は、サンプルにおいて分析対象物質と特異的に反応する捕獲物質と標識物質との結合体である。例えば、分析対象物質が抗原Qであれば、第1標識接合体は、抗原Qに特異的に反応する抗体Qと標識物質との接合体であってよい。
標識物質は、次の物質に限定されないが、例えば、ラテックスビーズ、ゴールドコロイド及びシルバーコロイドのような金属コロイド、過酸化酵素などの酵素、蛍光物質、発光物質、超常磁性物質、ランタン族キレートを含む物質、及び放射能同位元素のうち少なくとも1種でよい。
また、クロマトグラフィー反応が起きる試験紙(test paper)が後述の反応チャンバー150に挿入される場合、反応の信頼度を確認するために、第2捕獲物質と結合する第2標識接合体が試験紙の対照ラインに固定されていることがある。様々な実施例において、第2標識接合体も同様、液相又は固相に存在可能であり、固相に存在する場合には、第2チャンバー130の内壁にコーティングされたり、第2チャンバー130内の多孔性パッドなどに臨時固定されたりしていればよい。
この第2標識接合体は、対照ラインに固定された第2捕獲物質と特異的に反応する物質と標識物質との接合体であり、ここで、標識物質は、上に例示した標識物質の1種であってよい。対照ラインに固定された第2捕獲物質がビオチン(biotin)であれば、第2チャンバー130にストレプトアビジン(streptavidin)と標識物質との接合体が臨時固定されているとよい。
したがって、第2チャンバー130に血液が流入すると、血液中に存在する抗原Qは、抗体Qを持つ第1標識接合体と結合された状態で血液の流れと共に第3チャンバー140に排出され、この時、ストレプトアビジンを持つ第2標識接合体も共に排出される。
第2チャンバー130−1,130−2,130−3は第3チャンバー140−1,140−2,140−3と連結され、当該実施例では第3チャンバー140−1,140−2,140−3をメータリングチャンバーとする。メータリングチャンバー140は、第2チャンバー130に収容されたサンプル(例えば、血液)を定量にメータリングして第4チャンバー150に供給する役割を担う。メータリングチャンバーのメータリング原理については、図14、及び図15乃至図17の説明で後述する。
メータリングチャンバー140から第4チャンバー150に流入されずに残った残余物は、ウエスト(waste)チャンバー170(170−1,170−2,170−3)に移送されるとよい。ただし、実施例において、メータリングチャンバー140とウエストチャンバー170との連結関係が同図に制限されるものではなく、場合によって、メータリングチャンバー140とウエストチャンバー170が直接に連結されていなくてもよく(図15及び図16参照)、メータリングチャンバー140とウエストチャンバー170とが、他の構造物で連結されていてもよい(図18参照)。
第3チャンバー140−1,140−2,140−3は第4チャンバーである反応チャンバー150−1、150−2、150−3とそれぞれ連結されている。同図には具体的に示していないが、第3チャンバーと第4チャンバーとはチャンネルで連結されてもよく、流体を移送させる特定構造物により連結されてもよい。後者についての具体的な説明は、図15乃至図17で後述する。
反応チャンバー150では様々な方式で反応が起きてよい。当該実施例では、反応チャンバー150で毛細管力に基づくクロマトグラフィー(Chromatography)を利用するとする。そのために、反応チャンバー150は、クロマトグラフィーにより分析対象物質の有無を検出できる検出領域20を有することができる。
図8は、反応チャンバーに含まれている検出領域の構造を示し、図9A乃至図9Cは、クロマトグラフィーによる分析対象物質の検出を示している。
検出領域20は、セルローズのような多孔性の薄膜(メンブレイン)、マイクロポア及びマイクロピラーからなるグループから選ばれるいずれか1種により形成されて、毛細管力が作用する。図8を参照すると、検出領域20の一端部にはサンプルがつくサンプルパッド22が形成され、反対の端部には、分析対象物質を検出する第1捕獲物質24aが永久固定されたテストライン24が形成されている。ここでいう永久固定とは、テストライン24に固定された第1捕獲物質24aがサンプルの流れに押し流されて共に移動しないことを意味する。
図9A及び図9Bを参照すると、サンプルパッド22上に血液や小便のようなバイオサンプルが点滴されると、このバイオサンプルが毛細管力により反対側に流れる。例えば、分析対象物質が抗原Qであり、第2チャンバー130で分析対象物質−第1標識接合体の結合反応が起きた場合には、該バイオサンプルに抗原Q−第1標識接合体の結合体22aが含まれるはずである。
分析対象物質が抗原Qである場合、テストラインに永久固定される捕獲物質24aは抗体Qであればよい。したがって、図9Cに示すように、毛細管力によりバイオサンプルが流れてテストライン24に到達すると、抗原Q−第1標識接合体の結合体22aが抗体Q24aと結合してサンドウィッチ結合体24bを形成する。そのため、バイオサンプル中に分析対象物質が含まれた場合には、テストライン24で標識物質による検出が可能になる。
サンプルの量が少ない場合、又はサンプルが汚染した場合のような様々な原因によりテストが正しく行われない場合がある。そのため、テストが正しく行われたかどうかを判定するために、分析対象物質の存在有無にかかわらず、サンプルに存在する特定物質と特異的に反応する第2捕獲物質25aが永久固定された対照ライン25を備えるとよい。
対照ライン25に固定される第2捕獲物質25aとしてビオチン(biotin)を使用することができ、よって、第2チャンバー130でサンプルに含まれる第2標識接合体23aはビオチンと結合特性に優れたストレプトアビジン(streptavidin)−標識物質接合体とすることができる。
再び図9A乃至図9Cを参照すると、サンプルには、第2捕獲物質25aと特異的に反応する特定物質を持つ第2標識接合体23aが含まれている。サンプルが毛細管力により反対端部まで正しく流れると、サンプルの移動と共に第2標識接合体23aも移動する。そのため、サンプルに分析対象物質が存在するか否かによらず、図9Cに示すように、第2標識接合体23aと第2捕獲物質25aとの結合体25bが形成され、対照ライン25に標識物質による標識が現れることとなる。
すなわち、対照ライン25、テストライン24の両方に標識物質による標識が現れると、サンプル中に分析対象物質が存在するという陽性判定を下すことができ、対照ライン25にのみ標識が現れると、分析対象物質が存在しないという陰性判定を下すことができる。しかし、対照ライン25に標識が現れないと、正常のテストがなされていないと判断できる。
図8及び図9に示すように、第2チャンバー130から標識接合体を提供してもよいが、これに限定されず、反応チャンバー150内の検出領域20に標識接合体が臨時固定されているコンジュゲートパッド23を備えてもよい。ここでいう臨時固定とは、コンジュゲートパッド23に固定された標識接合体がサンプルに押し流されて共に移動することを意味する。
図10及び図11に、コンジュゲートパッドを有している検出領域の構造及び検出動作を示す。
図10を参照すると、検出領域20には、サンプルパッド22、テストライン24及び対照ライン25の他にも、コンジュゲートパッド23が設けられている。コンジュゲートパッド23上には、分析対象物質と特異的に反応する第1捕獲物質と標識物質との接合体である第1標識接合体22a'が臨時固定されており、また、対照ライン25に固定された第2捕獲物質25aと特異的に反応する物質と標識物質との接合体である第2標識接合体23aも共に臨時固定されている。
図11Aを参照すると、血液などのバイオサンプルはサンプルパッド22に点滴され、毛細管力により対照ライン25の方に流れ、該サンプルに分析対象物質が含まれた場合は、図11Bに示すように、コンジュゲートパッド23で第1標識接合体22a'と結合して分析対象物質−標識接合体の結合体22aを形成する。バイオサンプルは毛細管力によりさらに流れ、これと共に、分析対象物質−第1標識接合体の結合体22a及び第2標識接合体23aも流れる。
バイオサンプルの流れがテストライン24及び対照ライン25に到達すると、図11Cに示すように、テストライン24では捕獲物質24aと結合体22aとが結合してサンドウィッチ結合体24bを形成する。対照ライン25では、第2標識接合体23aと第2捕獲物質25aとが結合して結合体25bを形成する。
微細流動装置の反応チャンバー150が、図10及び図11の検出領域20を備えた場合には、検出領域20に標識接合体22a',23aが臨時固定されているため、第2チャンバー130をメータリングチャンバーとして用いてもよい。第2チャンバー130がメータリングチャンバーとして用いられると、第3チャンバー140を反応チャンバーとして用いればよい。
また、他の実施例として、クロマトグラフィーを利用せずに、サンプル内の特定抗原又は特定抗体と反応する捕集抗体又は捕集抗原を反応チャンバー150内に提供し、反応チャンバー150内でそれらの結合反応が起きるようにしてもよい。
再び図7を参照すると、反応チャンバー150−1,150−2,150−3は、第5チャンバーであるウエストチャンバー170−1,170−2,170−3と連結されており、ウエストチャンバー170−1,170−2,170−3は、反応チャンバー150−1,150−2,150−3から廃棄する不純物、及び/又は反応後の残余物を収容する。
一方、プラットホーム100には、一つ以上の位置確認用磁性体が提供されてもよい。例えば、磁性体収容チャンバー160−1,160−2,160−3,160−4には磁性体が収容される。この磁性体は、鉄、コバルト、ニッケルのように、磁化強度が強く、永久磁石のように強い磁石になり得る強磁性体であってもよく、クロム、白金、マンガン、アルミニウムのように磁化強度が弱いためそれ自体としては磁石になれないが、磁石が接近すると磁化強度が大きくなって磁石になる常磁性体であってもよく、ビスマス、アンチモン、金、水銀のように磁化強度は弱いが、磁石が接近すると反発する力ができる反磁性体であってもよい。
図12は、一実施例に係る微細流動装置に備えられた磁性体収容チャンバーの機能を示す図である。
図12を参照すると、微細流動装置10を用いる検査装置300は、プラットホーム100の下方から磁性体を引き付ける磁石モジュール330を備えており、プラットホーム100の上方に、プラットホーム100に関する各種情報を検出する検出部350を備えている。このとき、検出部350を磁石モジュール330と対面する位置に隣接するように配置するとよい。磁石モジュール330及び検出部350の動作は制御部320により制御されるとよい。
磁石モジュール330は、プラットホーム100の回転に影響を与えないような位置に置かれており、位置確認が必要となる場合に、プラットホーム100の下部に移送されればよい。磁石モジュール330は、プラットホーム100の下部に移送されると、磁性体収容チャンバー160に収容された磁性体を引きつけ、該引きつける力によりプラットホーム100が回転し、磁性体収容チャンバー160に収容された磁性体が磁石モジュール330の上部に並ぶようにする。磁性体収容チャンバー160に収容された磁性体が磁石モジュール330により容易に引き付けられるように、磁性体収容チャンバー160がプラットホーム100の下方に突出していてもよい。
検出部350が磁石モジュール330と対面する位置に隣接して位置するから、検出しようとする情報を持つプラットホーム100内の検出対象領域と隣接した位置に磁性体収容チャンバー160を形成することによって、検出対象領域に含まれた情報を検出部350により検出することができる。検出対象領域はQCチャンバー128であってもよく、反応チャンバー140であってもよい。これに限定されず、検出可能な情報を有するいかなる領域も検出対象領域とすることができる。
検出部350は、発光部と受光部を備えることができ、発光部と受光部は、図12に示すように一体型として同一の側に配置されてもよく、発光部と受光部が個別として互いに向かい合って配置されてもよい。このとき、発光部を発光面積の広い面発光体にすると、磁性体収容チャンバー160と検出対象チャンバーとの距離が多少大きくても検出部350が検出対象チャンバーに関する情報を検出することができる。検出部350による検出動作については、図14で詳細に後述する。
当該実施例では、磁石モジュール330がプラットホームの下部において移動するとしたが、プラットホームの上部で移動するようにしてもよい。
磁性体収容チャンバー160−1,160−2,160−3,160−4と磁石モジュール330を用いたプラットホーム100の位置確認は、一例示に過ぎず、他の例示として、微細流動装置10に磁性体収容チャンバー160を備える代わりに、プラットホーム100の角位置(angular position)を制御するのにモータードライブ装置を用い、プラットホーム100上の特定位置と検出部350とが対面するようにしてもよい。
図13は、一実施例に係る微細流動装置において流体の移送段階別プラットホーム100の回転速度を概略的に示すグラフであり、図14A乃至図14Eは、一実施例に係る微細流動装置における流体の流れを示す平面図である。図14A乃至図14Eの微細流動装置は、図7に示した微細流動装置と同じ構造を有する。
図13を参照すると、微細流動装置10における流体の移送は、大きく、サンプル注入段階A、サンプル分配段階B、サイフォンチャンネルウェッティング(wetting)段階C、サンプル移送段階Dに区別される。参考として、流体がサイフォンチャンネル125を満たすことをウェッティング(wetting)という。以下、図13のグラフと図14A乃至図14Eの各段階別平面図とを対応付けて微細流動装置の動作を説明する。
図14Aは、サンプル注入段階Aにおける微細流動装置10の平面図である。プラットホーム100が停止した状態(rpm=0)でサンプル注入口111からサンプルをサンプル供給チャンバー110に注入する。当該実施例でも血液サンプルが注入されるとする。サンプル注入時にサンプル注入口111以外の箇所に血液を落としても、サンプル注入口と隣接した位置に逆流防止チャンバー112が設けられているため、血液による微細流動装置10の汚染を防止することが可能である。
図14Bは、サンプル分配段階Bにおける微細流動装置10の平面図である。サンプル注入が完了すると、第1チャンバー120へのサンプル分配を開始し、このためにプラットホーム100が回転し始めながら回転速度(rpm)が増加する。当該実施例のように、血液サンプルに対する検査を行う場合には、サンプルの分配と同時に遠心分離がなされてもよく、血液は遠心分離により上澄み液と沈降物とに分離される。上澄み液には血清、血しょうなどが含まれ、沈降物には血球などが含まれるが、実質的に検査に使われるサンプルは上澄み液となる。
図13の例示のように、回転速度をv1まで増加させて、サンプル供給チャンバー110に収容された血液を遠心力により第1−1チャンバー120−1から第1−3チャンバー120−3にまで分配し、その後、回転速度をv2まで増加させて、各チャンバー内で遠心分離が起きるようにするとよい。各チャンバーに収容された血液が遠心分離されると、回転中心から近い部分に上澄み液が集り、回転中心から遠い部分に沈降物が集まることになる。図14A乃至図14Eの実施例では、第1チャンバー120がいずれも同一のサンプル量を含むようになっているが、第1チャンバー120のそれぞれの大きさを、分配しようとする流体の量に従って別々にしてもよい。
また、図5Bで説明した通り、血液の分配時にも毛細管力によりサイフォンチャンネル125の一部が血液で満たされることがある。第1−1チャンバー120−1乃至第1−3チャンバー120−3まで血液の供給が完了すると、サンプル供給チャンバー110に収容された血液のうち、第1チャンバー120に供給されなかった残り血液の一部は、分配チャンネル115を通ってQC(Quality Control)チャンバー128に流れ込み、QCチャンバー128に流れ込まずに残った血液はいずれも過剰チャンバー180に流れ込む。
図14Bに示すように、QCチャンバー128と隣接した位置に磁性体収容チャンバー160−4が形成されているため、図12で説明した磁石モジュール330によりQCチャンバー128を検出部350と対面させればよい。したがって、検出部350がQCチャンバー128と対面すると、QCチャンバー128の透過度を測定して、第1チャンバー120への血液の供給が完了したか否かを判断することができる。
図14Cは、サイフォンチャンネルのウェッティング段階Cにおける微細流動装置の平面図である。血液の分配と遠心分離が完了すると、図13に示すように、プラットホーム100が停止(rpm=0)し、これにより、第1チャンバー120−1,120−2,120−3に収容された血液が毛細管力によりサイフォンチャンネル125−1,125−2,125−3を満たすようになる。
図14Dは、サンプルの第2チャンバー130への移送段階Dにおける微細流動装置の平面図である。サイフォンチャンネル125のウェッティングが完了すると、再びプラットホーム100を回転させて、サイフォンチャンネル125−1,125−2,125−3に満たされた血液が第2チャンバー130−1,130−2,130−3に取り込まれるようにする。図14Dに示すように、サイフォンチャンネル125−1,125−2,125−3の入口が第1チャンバー120−1,120−2,120−3の上部(回転中心に近い側)に連結されているため、サイフォンチャンネル125−1,125−2,125−3から第2チャンバー130−1,130−2,130−3に取り込まれるものは血液サンプルの上澄み液となる。
第2チャンバー130は、取り込まれた上澄み液を臨時に収容のみしてもよく、上述したように、標識接合体をあらかじめ提供しておき、該標識接合と血液中の特定抗原とが結合反応するにようにしてもよい。
図14Eは、サンプルのメータリングチャンバー140への移送段階Dにおける微細流動装置の平面図である。第2チャンバー130−1,130−2,130−3に取り込まれた血液は、遠心力により第3チャンバーであるメータリングチャンバー140−1,140−2,140−3に流れ込む。第2チャンバー130中の血液が、遠心力により、メータリングチャンバー140−1,140−2,140−3の下部、すなわち、回転中心から遠い側から満たされ始め、その出口まで満たされると、続いて流入する血液は出口を通って反応チャンバー150−1,150−2,150−3へと流れ込む。したがって、メータリングチャンバー140の出口の位置を調節することによって、反応チャンバー150に定量の血液を供給することができる。ただし、これはメータリング方式の一例に過ぎず、図15乃至図17の方式により流体サンプルをメータリングしてもよい。
反応チャンバー150内で起きる反応は、上述したように、免疫クロマトグラフィーによる反応でもよく、捕獲抗原又は捕獲抗体との結合反応でもよい。
図14Eに示すように、反応チャンバー150−1,150−2,150−3と隣接した位置に磁性体収容チャンバー160−1、160−2、160−3を形成すると、磁石により反応チャンバー150−1,150−2,150−3の位置を確認することができる。
したがって、反応が完了すると、磁石がプラットホーム100の下方に移送され、磁石330と磁性体との引力により検出部350と反応チャンバー150とが対面するようにする。検出部350は反応チャンバー150を撮影して反応チャンバー150における反応結果を検出すればよい。
以下、微細流動装置において流体をメータリングする他の例を具体的に説明する。
図15は、流体移送補助部をさらに備えている微細流動装置の構造を示す平面図である。
図15を参照すると、図7で説明した微細流動装置10においてメータリングチャンバー140と反応チャンバー150との間に流体の移送を補助する流体移送補助部155をさらに備えている。当該実施例では、3個のメータリングチャンバー140−1,140−2,140−3及び反応チャンバー150−1,150−2,150−3がいずれも流体移送補助部150−1,150−2,150−3を有するとする。
流体移送補助部150は、流体がメータリングチャンバー140から反応チャンバー150に移動するように案内する流体ガイド部155bと、流体をメータリングチャンバー140から反応チャンバー150へと通過させる流体通過部155aを有している。流体ガイド部155bは、反応チャンバー150からメータリングチャンバー140の方に突き出た形態となっており、流体通過部155aは、流体の通過を容易にするために、他のチャンネルの幅よりも広い幅となっている。しかし、流体移送補助部155が流体ガイド部155bを必ずしも備える必要はなく、流体通過部155aのみで構成されてもよい。
また、当該実施例では反応チャンバー150でクロマトグラフィーを用いた反応がおきるとし、そのために、反応チャンバー150には、図8乃至図11で説明した検出領域20が備えられている。3個の検査部はそれぞれ独立して検査を行ってもよく、当該実施例では3個の検査部に検出領域20−1,20−2,20−3がそれぞれ設けられているとする。
流体移送補助部155は、以下に詳述するプラットホーム100の回転速度制御と共に、メータリングチャンバー140に収容された流体がユーザー所望の量だけ反応チャンバー150に移送されるようにする役割を担う。流体移送補助部155の具体的な役割を、図16を参照して以下に説明する。
図16A乃至図16Eは、図15の微細流動装置における流体の流れを示す平面図であり、図17は、図16A乃至図16Eの流体移送段階別プラットホームの回転速度を概略的に示すグラフである。ここで、プラットホーム100の回転速度は、プラットホームが装着された検査装置300の制御部320により制御されるとよい。
図16A乃至図16Eは、流体サンプルが第2チャンバー130に移送された後の流体移送段階を示しており、サンプルが注入されて第2チャンバー130に移送されるまでの過程は、図14で説明した通りである。
図16Aは、第2チャンバー130から第3チャンバー140への移送段階における微細流動装置の平面図である。第3チャンバー140はメータリングチャンバーであり、第2チャンバー130には、上述した標識接合体が含まれているとする。ここで、標識接合体は、第1標識接合体のみを含んでいてもよく、第1標識接合体と第2標識接合の両方を含んでいてもよい。標識接合体が第1標識接合体のみを含んでいる場合は、反応チャンバー150の検出領域20に第2標識接合体が含まれている場合であり、標識接合体が第1標識接合体と第2標識接合体の両方を含んでいる場合は、検出領域20に第2標識接合体が含まれていない場合でよい。
プラットホーム100を回転させると、第2チャンバー130の標識接合体、サンプルが両方ともメータリングチャンバー140に移動し、図17の(a)区間に示すように、プラットホーム100の回転速度をv1からv3に上げて充分の遠心力を提供すると、第2チャンバー130に残っている標識接合体の大部分がメータリングチャンバー140に移動する。第1標識接合体とサンプル中の分析対象物質との結合反応は第2チャンバー130で起きてもよく(図7参照)、メータリングチャンバー140で起きてもよい。当該実施例では、メータリングチャンバー140で結合反応が起きるとする。
移動したサンプルと第1標識接合体間、すなわち、分析対象物質と第1標識接合体間の1次反応がメータリングチャンバー140で起きると共に、図17の(b)区間に示すように、プラットホーム100が停止する。これにより、メータリングチャンバー140内では、遠心力により発生した反応物議位置別の濃度ばらつきがなくなる。
図16Bは、メータリングチャンバー140から反応チャンバー150への移送段階における微細流動装置の平面図である。ユーザー所望の時間の間にメータリングチャンバー140での1次反応が完了すると、該反応完了したサンプルは反応チャンバー150に供給される。
図17の(c)区間を参照すると、サンプルを反応チャンバー150に移送するために、プラットホーム100の回転速度を鋸歯状(saw-shape)に制御することができる。回転速度の鋸歯状のパターンは、プラットホーム100の回転速度の増加と停止の反復区間を意味する。鋸歯状の回転速度制御は、検査装置300の制御部320がプラットホーム100の回転速度を、図17の(c)区間のように直接制御するようにして実現してもよく、磁石モジュール330と磁性体収容チャンバー160を用いて実現してもよい。後者の場合、プラットホーム100の回転速度を増加させながら、回転初期には磁石モジュール330を磁性体収容チャンバー160に影響を与えない位置にさせ、回転速度が上昇する一時点に磁石モジュール330を磁性体収容チャンバー160の上方又は下方に位置させることによって、鋸歯状の回転速度制御を行えばよい。
この場合、磁性体の磁気力の組み合わせとサンプルの回転による慣性力が同時に作用してプラットフォーム100を回転させることから、図16Bに示すように、流体サンプルが反応チャンバー150側に寄せられる。流体ガイド部155bは、寄せられた流体サンプルが反応チャンバー150内に流れ込むように導き、流体通過部155aは、流体ガイド部155bにより導かれた流体サンプルを反応チャンバー150内へと通過させる。プラットホーム100の回転方向は、メータリングチャンバー140から反応チャンバー150に向かう方向、すなわち、当該実施例では反時計回り方向にする。
そのため、上述した回転速度の制御により、メータリングチャンバー140と反応チャンバー150との連結部よりも外側に位置する流体サンプルを反応チャンバー150に移送させることができる。これにより、使用者は制御時点を調節して所望の時点に反応チャンバー150で2次反応が起こるようにし、プラットホーム100に小さい回転力を加えて流体サンプルを所望の量だけ反応チャンバー150に供給することが可能になる。ここでいう2次反応は、検出領域20によるクロマトグラフィー反応を指す。
図16Cは、反応チャンバー150での2次反応開始段階における微細流動装置の平面図である。流体サンプルが流体通過部155aを通過して検出領域20のサンプルパッド22に到達すると、毛細管力により流体サンプルが移動しながら2次反応が始まると同時に、メータリングチャンバー140に残っていた流体サンプルも検出領域20に吸収される。図17の(d)区間に示すように、2次反応開始以降ではサンプルが毛細管力により移動するから、プラットホーム100の回転を停止させればよい。
図16Dは、反応チャンバーでの2次反応完了段階における微細流動装置の平面図である。反応チャンバー150に供給されたサンプルが、検出領域20のサンプルパッド22においてテストライン24及び対照ライン25の両方を通過することで2次反応が完了する。図8乃至図11には示していないが、検出領域20のテストライン及び対照ラインの後段に吸収パッドが設けられてもよく、該吸収パッドは、テストライン及び対照ラインで反応完了したサンプルを吸収する。
図16Eは、2次反応が完了した反応チャンバーの乾燥段階における微細流動装置の平面図である。反応チャンバー150で2次反応が完了すると、プラットホーム100を高速で回転させて検出領域20を乾燥させることによって、検出領域20に残っている流体サンプルを除去する。
この時、第1チャンバー120に流体サンプルが残っていると、毛細管力によりサイフォンチャンネル125に流体サンプルが満たされ、該流体サンプルがプラットホーム100の高速回転により第2チャンバー130を通過してメータリングチャンバー140にさらに流入することがある。メータリングチャンバー140にさらに流入した流体サンプルが反応チャンバー150へ流れ込むと、2次反応結果を示す検出領域20が汚染することにつながる恐れがある。そこで、微細流動装置10は、さらに流入した流体サンプルをウエストチャンバー170に移送させる第2サイフォンチャンネルをさらに備えてもよい。
図18は、第2サイフォンチャンネルをさらに備えている微細流動装置の平面図である。
図18を参照すると、図15で説明した微細流動装置10において、メータリングチャンバー140とウエストチャンバー170とを連結するサイフォンチャンネル145がさらに備えられている。さらに備えられたサイフォンチャンネル145は第2サイフォンチャンネルとして働き、第1チャンバー120と第2チャンバー130とを連結するサイフォンチャンネル125は第1サイフォンチャンネルとして働く。第1チャンバー120に残っていた流体サンプルが検出領域20の乾燥のための高速回転時にメータリングチャンバー140に流入すると、メータリングチャンバー140の下部に連結された第2サイフォンチャンネル145に流れ込む。該流体サンプルは毛細管力により第2サイフォンチャンネル145を満たすようになり、第2サイフォンチャンネル145に満たされた流体サンプルは、プラットホーム100の回転時に遠心力によりウエストチャンバー170に捨てられる。
したがって、第1チャンバーに流体サンプルが残っていても、反応の完了した反応チャンバーに流体サンプルがさらに流入することを防止することが可能である。
以上、いくつかの実施例が開示及び説明されてきたが、これらの実施例は発明の概念における原理や思想から逸脱することなく様々な改変が可能であるということは、当該技術の分野における通常の知識を有する者にとっては明らかであり、その範囲は請求項及びその等価物により定められる。
100 プラットホーム
110 サンプル供給チャンバー
120 第1チャンバー
130 第2チャンバー
140 第3チャンバー(メータリングチャンバー)
150 第4チャンバー(反応チャンバー)
115 分配チャンネル
125 サイフォンチャンネル(第1サイフォンチャンネル)
145 第2サイフォンチャンネル
152 流体移送補助部

Claims (15)

  1. 回転中心を有し、且つ微細流動構造物を備えているプラットホームを具備する微細流動装置であって、
    前記微細流動構造物は、
    前記回転中心との距離が互いに異なった位置に、前記プラットホームの円周方向に沿って配列された複数の第1チャンバーと、
    前記複数の第1チャンバーのうち該当する一つにそれぞれ連結された複数のサイフォンチャンネルと、
    を具備する、微細流動装置。
  2. 前記複数のサイフォンチャンネルにより前記複数の第1チャンバーに連結された複数の第2チャンバーをさらに具備する、請求項1に記載の微細流動装置。
  3. 前記微細流動構造物は、
    サンプルを収容するように構成され、且つ排出口を備えているサンプル供給チャンバーと、
    前記サンプル供給チャンバーの排出口、及び前記複数の第1チャンバーに連結されて、前記サンプル供給チャンバー中のサンプルを前記複数の第1チャバーに供給するように構成された分配チャンネルと、
    をさらに具備する、請求項1に記載の微細流動装置。
  4. 前記複数の第1チャンバーのそれぞれは、自身よりも前にサンプルが流入した前記複数の第1チャンバーのうち隣接した第1チャンバーに比べて、前記回転中心からより離れて配置される、請求項1に記載の微細流動装置。
  5. 前記複数の第1チャンバーが、前記プラットフォームの回転中心を中心にしてらせん状に配列される、請求項1に記載の微細流動装置。
  6. 前記複数の第1サイフォンチャンネルのそれぞれは、該第1サイフォンチャンネルに連結された該当の第1チャンバーに充満される流体のレベルよりも高い位置に最高地点を有する、請求項1に記載の微細流動装置。
  7. 前記微細流動構造物は、
    前記複数の第2チャンバーのうち少なくとも一つに連結された少なくとも一つの反応チャンバーと、
    前記反応チャンバーに隣接した位置に配置されたチャンバーに設けられている磁性体と、
    をさらに具備する、請求項1に記載の微細流動装置。
  8. 前記微細流動構造物は、
    前記少なくとも一つの第2チャンバーと前記少なくとも一つの反応チャンバーとの間に設けられ、前記少なくとも一つの第2チャンバーから移送される流体の量をメータリングするように構成されたメータリングチャンバーと、
    前記メータリングチャンバーと前記少なくとも一つの反応チャンバーとを連結する流体移送補助部と、
    をさらに具備する、請求項7に記載の微細流動装置。
  9. 前記流体移送補助部は、
    前記メータリングチャンバーに収容された流体を前記反応チャンバー内に移送するように構成された流体通過部と、
    前記メータリングチャンバーに収容された流体の移動を前記流体通過部に導くように構成された流体ガイド部と、
    を具備する、請求項8に記載の微細流動装置。
  10. 請求項9に記載の微細流動装置と、
    前記微細流動装置のプラットホームを回転させるように構成された回転駆動部と、
    前記プラットホームの放射方向に移動可能に構成された磁石モジュールと、
    前記回転駆動部及び前記磁石モジュールを制御するように構成された制御部と、
    を具備する、検査装置。
  11. 前記制御部は、
    前記メータリングチャンバーから前記反応チャンバーへの流体移送時に、前記プラットホームを回転させ、前記プラットホームの回転中の所定時点に前記磁石モジュールを前記プラットホームの上方又は下方に移動させて前記磁性体と対面させるように構成された、請求項10に記載の検査装置。
  12. 流体を収容する第2チャンバー、流体の量をメータリングする第3チャンバー、前記第3チャンバーでメータリングされた流体が流入すると、該流入した流体を用いてクロマトグラフィー反応を起こす第4チャンバー、及び前記第2チャンバー、第3チャンバー及び第4チャンバーをそれぞれ連結するチャンネルが形成されたプラットホームを具備する微細流動装置の制御方法であって、
    前記プラットホームを回転させて、前記第2チャンバーに収容された流体を前記第3チャンバーに移送し、
    前記プラットホームの回転速度の増加及びその回転の停止を含む区間を反復して、前記流体を前記第4チャンバーに流入させる、微細流動装置の制御方法。
  13. さらに、前記流体が前記第3チャンバーに移送された後、前記プラットホームを停止させて、前記流体と前記第3チャンバーに収容された標識接合体との1次反応が起きるようにする、請求項12に記載の微細流動装置の制御方法。
  14. さらに、前記流体が前記第4チャンバー内に流入すると、プラットホームを停止させる、請求項13に記載の微細流動装置の制御方法。
  15. さらに、前記プラットホームが停止すると、前記第4チャンバーに設けられている検出領域に前記流体を吸収させ、前記第3チャンバーに残っている流体を前記第4チャンバーへと移送させる、請求項14に記載の微細流動装置の制御方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017075807A (ja) * 2015-10-13 2017-04-20 国立大学法人山梨大学 マイクロデバイスおよびそれを備えた検査装置
JP2018081084A (ja) * 2016-11-16 2018-05-24 エフ.ホフマン−ラ ロシュ アーゲーF. Hoffmann−La Roche Aktiengesellschaft 複数の測定チャンバを備える回転可能カートリッジ
WO2019082902A1 (ja) * 2017-10-23 2019-05-02 国立大学法人山梨大学 分注デバイス、それを用いた分注装置及び方法、並びに検査装置及び方法
JP2020076583A (ja) * 2018-11-05 2020-05-21 株式会社クボタ 土壌分析用反応容器
JP2020522705A (ja) * 2017-11-20 2020-07-30 エルジー・ケム・リミテッド 回転式ディスクシステムを活用した重金属の定性及び定量分析デバイス及び分析方法
WO2021152333A1 (en) * 2020-01-31 2021-08-05 ODx Innovations Limited Centrifugally motivated fluidic systems, devices and methods

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101977963B1 (ko) * 2017-09-13 2019-08-28 건국대학교 산학협력단 미세 유체 제어 장치 및 이를 이용하는 미세 유체의 제어 방법
CN109967151A (zh) * 2019-04-22 2019-07-05 德莫德(苏州)机械科技有限公司 一种液体定量转移装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020151078A1 (en) * 2000-05-15 2002-10-17 Kellogg Gregory J. Microfluidics devices and methods for high throughput screening
CA2614180A1 (en) * 2005-07-06 2007-01-11 The Regents Of The University Of California Apparatuses, systems, and methods for isolating and separating biological materials
WO2008106782A1 (en) * 2007-03-02 2008-09-12 Universite Laval Serial siphon valves for fluidic or microfluidic devices
EP2240568A4 (en) * 2007-12-10 2016-04-13 Samsung Electronics Co Ltd BIOLOGICAL VALVE DEVICE WITH THIN FILM AND ITS CONTROL APPARATUS
US8303911B2 (en) * 2009-10-19 2012-11-06 The Regents Of The University Of California Centrifugal microfluidic system for nucleic acid sample preparation, amplification, and detection
GB2479139A (en) * 2010-03-29 2011-10-05 Biosurfit Sa A liquid distribution and metering device

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017075807A (ja) * 2015-10-13 2017-04-20 国立大学法人山梨大学 マイクロデバイスおよびそれを備えた検査装置
JP2018081084A (ja) * 2016-11-16 2018-05-24 エフ.ホフマン−ラ ロシュ アーゲーF. Hoffmann−La Roche Aktiengesellschaft 複数の測定チャンバを備える回転可能カートリッジ
JP7045158B2 (ja) 2016-11-16 2022-03-31 エフ.ホフマン-ラ ロシュ アーゲー 複数の測定チャンバを備える回転可能カートリッジ
JPWO2019082902A1 (ja) * 2017-10-23 2020-11-12 国立大学法人山梨大学 分注デバイス、それを用いた分注装置及び方法、並びに検査装置及び方法
WO2019082902A1 (ja) * 2017-10-23 2019-05-02 国立大学法人山梨大学 分注デバイス、それを用いた分注装置及び方法、並びに検査装置及び方法
JP7121244B2 (ja) 2017-10-23 2022-08-18 国立大学法人山梨大学 分注デバイス、それを用いた分注装置及び方法、並びに検査装置及び方法
CN111247433A (zh) * 2017-10-23 2020-06-05 国立大学法人山梨大学 分配设备、使用分配设备的分配装置及方法、以及检查装置及方法
JP2020522704A (ja) * 2017-11-20 2020-07-30 エルジー・ケム・リミテッド 回転式ディスクシステムを活用した重金属の定性及び定量分析デバイス及び分析方法
JP2020524279A (ja) * 2017-11-20 2020-08-13 エルジー・ケム・リミテッド 回転式ディスクシステムを活用した重金属の定性及び定量分析デバイス及び分析方法
JP2020524278A (ja) * 2017-11-20 2020-08-13 エルジー・ケム・リミテッド 回転式ディスクシステムを活用した重金属の定性及び定量分析デバイス及び分析方法
JP2020522705A (ja) * 2017-11-20 2020-07-30 エルジー・ケム・リミテッド 回転式ディスクシステムを活用した重金属の定性及び定量分析デバイス及び分析方法
JP2020076583A (ja) * 2018-11-05 2020-05-21 株式会社クボタ 土壌分析用反応容器
JP7171373B2 (ja) 2018-11-05 2022-11-15 株式会社クボタ 土壌分析用反応容器
WO2021152333A1 (en) * 2020-01-31 2021-08-05 ODx Innovations Limited Centrifugally motivated fluidic systems, devices and methods

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